10 советов по конструированию систем управления механизмами

Открытый дизайн экономит время, усилия и страхует от неприятностей в течение жизненного цикла механизма. Здесь предложено несколько необходимых советов.

Как часто было так, что используя какой-то механизм, вы задавались вопросом: а работали ли когда-нибудь с ним те инженеры, которые его спроектировали? Ниже предлагается десять советов по интеграции новейших средств автоматизации и управления, аппаратуры, датчиков, логики и связи, для того чтобы, во-первых, сэкономить время и силы, а во-вторых, не получить самому (или не причинить кому-либо) неприятности позднее.

1. Исследуйте, изучайте, измеряйте

Составьте план на основе всей полученной информации и строго выполняйте его, чтобы добиться ожидаемого эффекта. Однако не следует пытаться учесть в разработке множество мелких деталей, путая это с гибкостью проектирования, такой подход приводит к большим затратам времени и усложняет устройство.

По словам совладельцев интегратора промышленных систем Concept Systems Inc. Майкла Герни (Michael Gurney) и Эдда Дила (Ed Diehl), когда приоритеты определены, начинайте с тех областей, которые могут принести наибольшую прибыль на вложенные средства.

Лэрри Комарек (Larry Komarek), менеджер по автоматизации в компании Phoenix Contact Inc., утверждает, что использование модульной конструкции механизма и производственный подход могут удовлетворить как требованию постоянно совершенствовать механизмы в соответствии с потребностями пользователей, так и требованию сокращать сроки разработки (уменьшать объем работ), что снижает и стоимость OEM-производства. „Разделите механизм или семейство механизмов на функциональные блоки, где каждый блок содержит механику, элементы автоматизации/управления и программные компоненты. Комбинируя эти блоки, можно создавать конфигурации, соответствующие требованиям заказчика, или «малые/средние/большие» семейства продуктов, – советует Комарек. – Заранее сконструированные и испытанные узлы с подготовленной документацией производятся быстрее, что снижает затраты“.

2. Стандарты, безопасность

По мнению Герни и Дила, стандартные интерфейсы позволяют использовать „лучшие в своем классе“ компоненты систем и уменьшить проблемы морального старения фирменных систем управления.

Интеллектуальный потенциал, накопленный в пакетах проектирования, может быть преобразован в машинный код, исключающий необходимость переработки параметров конструкции. Некоторые пакеты проектирования содержат преобразователи данных в форматы файлов STEP и IGES. STEP, стандарт обмена данными модели продукта (ISO 10303), описывает, как можно представлять цифровую информацию о продукте и обмениваться ею.

По словам Рича Минтца (Rich Mintz), менеджера по электронике SEW-Eurodrive, преимущество средств распределенного управления связано с правилами групповой установки двигателей свода положений NEC [статья 430.53 (с)], что сокращает количество дополнительных цепей. Внедрение средств распределенного управления сокращает затраты, способствует устранению электромагнитных помех, дает возможность легко перемещать модули без изменения прокладки кабелей и переустановки.

Как говорит Лэрри Санди (Larry Sunday), менеджер по предохранительному оборудованию машин и механизмов компании Schneider Electric, со времени пересмотра в 2002 г. стандарта NFPA-79 (Национальная противопожарная ассоциация, США) любой, кто работает на используемых во всем мире моделях механизмов, должен в интересах безопасности следить за тем, чтобы они соответствовали стандарту IEC 60204-1, Категория 4, самому высокому порогу безопасности (требующему наличия реле безопасности и безопасных соединений). Исправления, внесенные в 2002 г., согласуют стандарт NFPA-79 с международным стандартом IEC 60204-1. Санди предупреждает, что практика США использования стандартных реле в основных схемах управления, известная как „надежность управления“, вероятно, недостаточна для уровня Категории 4.

3. Датчики, машинное зрение

Джозеф Долински (Joseph Dolinsky), технический менеджер по маркетингу компании Banner Engineering, советует при проектировании „не ставить вопрос применения датчиков на последнее место“. Интеллектуальные датчики малых размеров имеют определенные преимущества. Часто „менее дорогие датчики могут решить проблему при наличии места для их расположения“.

Марк Сиппель (Mark Sippel), главный менеджер по маркетингу продукции InSight Vision Sensors в компании Cognex Corp., утверждает, что решение о том, как наилучшим образом проводить проверку и устанавливать обратную связь в ходе технологического процесса, зависит от ряда факторов.

Есть ли необходимость распределения обратной связи между несколькими отдельными станциями контроля и отбраковки или же один контроллер будет координировать результаты проверки с помощью вспомогательных задач? Как будет использоваться и передаваться информация о результатах проверки? Если для связи применяются устройства ввода/вывода, то какие виды устройств требуются и где их необходимо разместить, чтобы они работали вместе с другими средствами управления? Следует также рассмотреть вопросы освещения, электропитания и передачи данных.

4. Логические платформы

Рауль Кулкарни (Rahul Kulkarni), менеджер по продукции, сбору данных и управлению в компании National Instruments советует начинать 1000-мильное путешествие по конструкции механизма с выбора надлежащей логической платформы. Он говорит: „На сегодняшний день контроллеры могут быть представлены в виде ПЛК, PC-104, PCI, PXI или заказной платы“. Перед выбором платформы контроллера необходимо рассмотреть все функции, за которые он отвечает (такие, как логическое управление, управление процессом, управление движением, автоматизированные проверки и мониторинг состояния механизма).

Инструменты программирования должны быть понятны, а итоговый код должен быть модульным, масштабируемым и допускающим многократное применение. „Выберите такую архитектуру управления, чтобы она не усложняла конструкцию“, – советует Дэн Сигер (Dan Seger), консультант по техническим вопросам OEM в компании Rockwell Automation. Если при приобретении контроллеров и сетей, периферийных устройств и операторских интерфейсов останавливать свой выбор на самых низких закупочных ценах, позднее можно столкнуться с проблемами. Кроме того, если обратить внимание на возможность взаимных соединений, это повысит эффективность работы и снизит затраты. По мнению Сигера, так происходит, когда отдельные блоки оборудования „соединяются между собой естественным образом, и между ними устанавливается должная связь“. Обычно недорогие способы связи между приборами „бывают сложными в использовании и требуют много времени на запуск и обслуживание“, – отмечает он.

С целью достижения лучших результатов он предлагает разделять программирование и распределение информации. Помогают также структурированные формы данных, выпадающие меню и библиотеки объектов, классифицированных по функциям.

SpanTech, производитель конвейеров, использует распределенную технологию управления от SEWEurodrive для большей модульности, обеспечивающей быстроту и гибкость изменения конфигурации линии

5. Исполнительные устройства

Необходимо сделать выбор из огромного количества пневматических, гидравлических и электрических исполнительных устройств в зависимости от целей применения. Выбор контроллеров перемещения также велик. Что именно использовать для управления двигателем – блок управления двигателем (MCU) или цифровой сигнальный процессор (DSP)?

Кедар Годбоул (Kedar Godbole), стратег по управлению двигателем в компании Texas Instruments, рекомендует искать новые идеи и пути снижения стоимости системы, стремиться к балансу между техническими характеристиками и ценой (оптимальное соотношение эксплуатационные качества/цена), а также найти эффективное ядро С/С++ для быстрого развития программы, высокий уровень аналоговой интеграции (многочисленное периферийное оборудование управления) и гибкие, легкие в использовании инструменты.

Средства управления всегда могут быть более полезными и эффективными, чем механическое трение. Джэн Линдхольм (Jan Lindholm) из SEW-Eurodrive утверждает, что частотно-регулируемый привод (особенно с замкнутым контуром) может удвоить, а иногда и утроить межремонтный цикл при меньших затратах на техническое обслуживание и меньшем износе оборудования по сравнению с тормозами сцепления или другими подобными механизмами. Линдхольм поясняет: „Частотно-регулируемый привод развивается в направлении исключения датчиков, постоянного изменения и бесщеточного сервомеханизма на переменном токе, что может решить множество проблем привода“.

6. Экран или кнопки

Необходимо оценить, что более выгодно: человеко-машинный интерфейс (HMI), основанный на экране, или кнопки. Замена кнопок сенсорным экраном имеет некоторые преимущества. Инструментарий HMI имеет шаблоны для облегчения адаптации и повторного использования.

HMI обеспечивают и другие преимущества, такие как взаимосвязь данных и диагностика. Джоу Рубино (Joe Rubino), менеджер по маркетингу программного обеспечения в Omron Electronics LLC, считает, что диагностика предлагает выгоды, касающиеся периода работоспособного состояния, программного и аппаратного обеспечения, возможности свободного соединения и сокращения времени программирования, на это стоит потратить деньги.

7. Сети и соединения

В сетях экономия образуется за счет проводных соединений и передачи сообщений как внутри, так и за пределами машины. Дэвид Крамп (David Crump), занимающийся маркетингом коммуникаций в Opto 22, говорит, что связи машина-машина (М2М) повышают возможности соединений машин, являются средством для совершенствования беспроводной технологии и устанавливают связь между оборудованием и предприятием. Все это позволяет проводить дистанционный мониторинг и запуск оборудования, получать информацию о процессе производства в реальном времени и многое другое. По мнению Крампа, М2М помогает разработчикам прослеживать жизненный цикл механизма, находить слабые места, совершенствовать конструкцию и предоставляет большие возможности для „получения дополнительных доходов, предоставляя клиентам дополнительные услуги, такие как упреждающее техобслуживание и ремонт оборудования“.

По словам Кулкарни, беспроводные технологии различаются между собой. Так, например, для связи удаленного компьютера и заводской системы HMI/SCADA, которые разделены сотнями миль, идеально подходит спутниковая или сотовая связь. Для беспроводной связи между контроллером/ПЛК и системой HMI/SCADA наилучшим является IEEE 802.11.

Однако для связи контроллера и датчика на расстоянии от 10 до 100 м более эффективны, по мнению Кулкарни, такие технологии, как Bluetooth и Zigbee.

Сигер (Rockwell Automation) предлагает „избегать использования таких протоколов, как RS-232 или стандартный Ethernet, так как они требуют написания собственного драйвера связи для поддержки передачи данных“, что отнимает много времени и не повышает цены товара.

Согласно данным компании Wago, которая предлагает пружинные клеммы/беспроводные соединители под торговой маркой Cage Clamp, выбор методов безвинтового соединения, например, может сэкономить до 60 времени монтажа проводки

На уровне входов/выходов использование надежной технологии подключения поможет сэкономить время на сборку и выявление неисправностей. Дин Нортон (Dean Norton), менеджер по маркетингу компании Wago, утверждает, что безвинтовая технология подключения Cage Clamp от Wago на 60% сокращает время на прокладку кабеля, исключает необходимость каждые 6-8 месяцев повторно затягивать болты в определенных местах и дает большую гибкость. Нортон поясняет: „Инженер может заранее смонтировать и установить на механизме все требуемые входы/выходы и позднее присоединить контроллер с соответствующим протоколом полевой шины“.

8. Питание

Для экономии усилий и времени рассматривайте только приобретение, а не проектирование систем электропитания.

Источники питания, шины, системы управления и интеллектуальные компоненты, все это может способствовать большей интеграции и эффективности HMI. Изоляция, мониторинг и экранирование могут минимизировать воздействие на линии питания и нарушения электромагнитного поля.

9. Интеграция

Для того чтобы повысить производительность, необходимо рассматривать конкретный механизм в контексте всего производственного процесса. Фредрик Йонссон (Fredrik Jönsson), главный администратор FlexLink Systems AB, считает, что „использование линии станков только на тридцать процентов проектной мощности – это обычный показатель“. По его мнению, можно добиться большего, если иметь более широкое представление о процессе производства в целом.

Интеграция информации от инструментальных средств станка сама по себе повышает эффективность производства. Несколько крупных конструкторских и производственных организаций показали, что базы данных STEP, например, могут снизить затраты на планирование и управление производством примерно на 35-75% (по данным Step Tools Inc.).

10. Закладывание фундамента на будущее

И вот только когда, по вашему мнению, вы выполнили намеченное, нужно отвести время на оценку работы, сбор информации и закладку фундамента для следующего цикла конструкторской работы, пока все детали проекта еще не забыты. Ведь что-то важное можно упустить из-за множества повседневных забот!

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *